Los lentes metálicos compuestos logran imágenes sin distorsiones con un amplio campo de visión

En un estudio reciente, los investigadores han desarrollado un compuesto metálico que permite obtener imágenes sin distorsiones. El estudio, publicado en Ingenieríapresenta un enfoque novedoso para la ingeniería de distorsión bajo demanda utilizando metalentes compuestos.

Los metalenses han surgido como una tecnología prometedora con aplicaciones en dirección de haz, imágenes, detección de profundidad y proyección de pantallas. Sin embargo, la distorsión óptica, un factor crucial en el diseño óptico, ha sido relativamente inexplorada en el contexto de la metaóptica. Los investigadores abordaron esta brecha demostrando un método genérico para controlar la distorsión.

La arquitectura de metalente compuesta consta de una metasuperficie doble, que proporciona grados de libertad adicionales en comparación con una metalente de una sola capa. Esto permite personalizar las relaciones de altura de la imagen en función del ángulo, lo que permite controlar la distorsión y al mismo tiempo minimizar otras aberraciones monocromáticas.

El equipo validó experimentalmente su diseño mediante la fabricación de lentes metálicas de ojo de pez compuestas. Las lentes metálicas exhibieron un rendimiento limitado por difracción en un amplio campo de visión de 140° y una distorsión de barril notablemente baja de menos del 2%. En cambio, una metalente de referencia sin compensación tuvo una distorsión de hasta el 22%.

La metasuperficie de las lentes metálicas comprende nanopilares de silicio amorfo sobre un sustrato de vidrio, encapsulados en un recubrimiento de polimetacrilato de metilo (PMMA). Los investigadores utilizaron simulación numérica y un diseño derivado analíticamente, seguido de optimización del trazado de rayos, para diseñar las lentes metálicas. El dispositivo se fabricó utilizando escritura directa con láser para el tope de apertura del campo y litografía por haz de electrones para modelar las metasuperficies.

La caracterización de las lentes metálicas implicó medir la función de dispersión de puntos (PSF) utilizando una configuración personalizada con un eje óptico giratorio. Se calcularon la relación de Strehl y la función de transferencia de modulación (MTF) para evaluar la calidad del enfoque. Los resultados mostraron una excelente concordancia con el diseño, lo que indica una buena fidelidad de fabricación y un rendimiento limitado por difracción en todo el campo de visión.

La distorsión óptica se evaluó registrando la altura de la imagen versus el ángulo de incidencia (AOI). Los metales compuestos demostraron una dependencia lineal de la altura de la imagen con respecto al AOI, lo que valida el objetivo del diseño.

Para mostrar la capacidad de imágenes sin distorsiones y con amplio campo de visión, se utilizó una configuración de imágenes personalizada para capturar imágenes de un objetivo panorámico cilíndrico. Las imágenes capturadas por los metalentes compuestos mostraron una distorsión mínima en comparación con las de los metalentes singlete.

El principio de diseño y el enfoque de fabricación de los metales compuestos tienen el potencial de impactar varios campos, incluidos la electrónica de consumo, la detección automotriz y robótica, las imágenes médicas y los sistemas de visión artificial. Esta investigación abre nuevas posibilidades para el desarrollo de dispositivos ópticos de alto rendimiento con distorsión reducida y calidad de imagen mejorada.